Modulbeschreibung

Die Studierenden

• kennen das Konzept des Äquivalenzbrechungsindex von Viertelwellenschichten und können damit die Funktion beliebiger Viertelwellensysteme beurteilen.
• können unter Verwendung von Viertelwellenschichten einfache AR-, HR- und Filtersysteme auslegen und deren Performance bei der Designwellenlänge berechnen.
• können zur Beurteilung des gesamten spektralen Verhaltens einfache Simulationstools (wie z.B. OpenFilter) nutzen.
• kennen die relevanten Beschichtungsverfahren für die Herstellung von dielektrischen und metallischen Beschichtungen sowie ihre Vor- und Nachteile.
• kennen die verschiedenen Kenngrössen sowie Schadensmechanismen in optischen Beschichtungen und die entsprechenden Analyseverfahren, um diese zu charakterisieren.
• verstehen das Funktionsprinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte sowie deren mathematische Beschreibung über Differentialgleichungen.
• kennen die besonderen Eigenschaften von Laserlicht und weiss diese für photonische Systeme nutzbringend einzusetzen.
• kennen die Konzepte der bedeutendsten Lasertypen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen und können die wichtigsten Schritte zu ihrer Auslegung durchführen.
• kennen wichtige Laseranwendungen und können die dafür notwendigen photonischen Systeme in ihren Grundzügen auslegen.
• kennen die bedeutendsten Verfahren der Lasermaterialbearbeitung für Gläser, Kunststoffe und Metalle und können diese mit den mechanischen Verfahren in Kontext setzen.
• kennen die grundlegenden Vorschriften des Laserschutzes und wissens diese anzuwenden.
• kennen die Anwendungsbereiche eines gängigen Simulationsprogramms im nicht-sequentiellen Modus, können dieses situationsbezogen richtig einsetzen und kennen dessen Limitationen.
• sind in der Lage dieses für die Auslegung, Bewertung und die Optimierung von optischen Systemen einsetzen.
• sind in der Lage anhand von Datenblättern entsprechende optische Komponenten in einem Simulationsprogramm zu implementieren und kennen deren Funktion (z.B. diverse Strahlungsquellen, Detektoren, Filter).
• kennen den wesentlichen Aufbau eines photonischen Systems, entwickelt Verständnis über die Implementation von optischen Methoden/Eigenschaften (z.B. LED Kollimation/Streuung) in einem Simulationsprogramm.
• können ein gängiges Simulationsprogramm im Rahmen von einer technischen Problemstellung/Designaufgabe anwenden und selbstständig kleinere Projekte bearbeiten und dokumentieren.
• kennen die verbreiteten Lichtquellen-Technologien, deren praktische Anwendung und Nutzung sowie deren typische Beschaltungen.
• kennen die wichtigsten Unterschiede zwischen linearen und getakteten Treibern und können den geeigneten Treiber für die spezifische Situation auswählen und auslegen.
• kennen die unterschiedlichen Techniken zur Intensitätsmodulation auf Treiberseite und typische Anwendungsgebiete.
• kennen die unterschiedlichen Lichtdetektortypen (Photowiderstand, PN und PIN Photodiode, Phototransistor, Pyroelektrische Detektoren, Low Light Detektoren wie APD und Photomultiplier).
• kennen die wichtigsten Unterschiede zwischen CCD und CMOS Sensoren, können deren Vor- und Nachteile beurteilen und können sie anwendungsbezogen auswählen.
• kennen die wichtigsten Aktoren für photonische Anwendungen und können sie anwendungsbezogen auswählen.
• kennen die unterschiedlichen Displaytechnologien und können sie für eine spezifische Anwendung auswählen.

Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Optoelektronik in Theorie und Praxis eine Prüfung geschrieben. Im Kurs Design optischer Systeme wird eine Projektarbeit bewertet.

Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Optoelektronik in Theorie und Praxis eine Prüfung (Gewicht 15%) geschrieben. Im Kurs Simulation optischer Systeme wird eine Projektarbeit (Gewicht 20%) bewertet.

Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Optische Dünnschichten (Gewicht 20%), Laser und Laseranwendungen (Gewicht 20%) sowie Optoelektronik in Theorie und Praxis (Gewicht 25%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.

Die Studierenden

• verstehen das Funktionsprinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte sowie deren mathematische Beschreibung über Differentialgleichungen.
• kennen die besonderen Eigenschaften von Laserlicht und wissen diese für photonische Systeme nutzbringend einzusetzen.
• kennen die Konzepte der bedeutendsten Lasertypen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen und können die wichtigsten Schritte zu ihrer Auslegung durchführen.
• kennen wichtige Laseranwendungen und können die dafür notwendigen photonischen Systeme in ihren Grundzügen auslegen.
• kennen die bedeutendsten Verfahren der Lasermaterialbearbeitung für Gläser, Kunststoffe und Metalle und können diese mit den mechanischen Verfahren in Kontext setzen.
• kennen die grundlegenden Vorschriften des Laserschutzes und wissen diese anzuwenden.
   

Absorption und Emission von Strahlung (WH)
Eigenschaften von Laserstrahlung

• Linienbreite und Verbreiterungsmechanismen
• Kohärenz (räumlich / zeitlich)
• Spitzenintensität – Strahlradius - Leistung

Lichterzeugung in Laserlichtquellen

• Spontane und stimulierte Emission
• Zwei-, Drei- und Vierniveau-Systeme inkl. ihrer Ratengleichungen
• Besetzungsinversion

Optische Resonatoren und Gauss-Moden

• Entstehung von Gauss-Strahlen im Resonator
• Resonatormoden (longitudinal/transversal)  und Modenabstand
• Stabilitätsdiagramm
• Beugung und Beugungsmasszahl
• Resonatortypen

Technische Realisierung von Lasern

• Betriebsarten (cw, gepulst, gütegeschaltet, modengekoppelt)
• Nichtlineare Frequenzerzeugung (SHG, THG, OPA)
• Festkörperlaser (Nd:YAG, Yb:YAG)
• Faserlaser (Yb-Faser, Er-Faser)
• Gaslaser (CO2, HeNe, Excimer)
• Halbleiterlaser (Single-Emitter, Barren, DBR)

Laseranwendungen

• Messtechnik (Interferometrie, Laserradar)
• Mikroskopie (OCT, opt. Pinzette)
• Kommunikation (Glasfasernetzwerk, Überseekabel)
• Medizin

Laserverfahren

• Trennen (Schmelzschneiden, Sublimierschneiden)
• Bohren (Perkussionsbohren, Trepanieren)
• Strukturieren (Näpfchen, Mikrostrukturen)
• Verbinden (Schweissen, Löten)
• Aufbauen und Formen (LMD, Lasersintern)
• Oberflächenbehandlung (Härten, Beschichten)
• Beschriften (Schäumen, Gravieren, etc.)

Lasersicherheit

• Laserklassen und Schutzmassnahmen

Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium

Rainer Dohlus: Lasertechnik
Helmut Hügel, Thomas Graf: Laser in der Fertigung
N. Leibinger-Kammüller (Hrsg.): Werkzeug Laser
Rainer Dohlus: Photonik